Esplorare l'accelerazione dei raggi cosmici nelle sorgenti di raggi gamma ad altissima energia con occhi multi-lunghezza d'onda e multi-messaggero

The origin and acceleration mechanisms of charged cosmic rays represent a long-standing puzzle of astroparticle physics. The recent research field of multimessenger astrophysics employs the complementary information provided by various cosmic messengers - photons, neutrinos, and gravitational waves - emitted from the same astronomical sources to achieve a more comprehensive description of the mechanisms powering their emission. Blazars, namely radio-loud active galactic nuclei with relativistic jets closely aligned with the line-of-sight from the Earth, are by far the most numerous class of sources detected at very high-energy gamma rays. combined multiwavelength and multimessenger studies of these sources are essential for advancing our understanding of particle acceleration in the most extreme astrophysical environments. This thesis comprises three main projects focused on the multiwavelength and multimessenger study of the nonthermal emission of a sample of very high-energy gamma-ray blazars, one being the most significant blazar in the all-sky neutrino data observed with the IceCube Neutrino Observatory. Each of these works involves both the analysis of data from several multiwavelength facilities and the development of an interpretative model for the observed emission.

L’origine e i meccanismi di accelerazione dei raggi cosmici carichi rappresentano un enigma di lunga data nell’ambito della fisica delle astroparticelle. Il recente campo di ricerca dell’astrofisica multimessaggera utilizza le informazioni complementari fornite da diversi messaggeri cosmici – fotoni, neutrini e onde gravitazionali – emessi dalle stesse sorgenti astronomiche, per ottenere una descrizione più completa dei meccanismi che alimentano la loro emissione. I blazar, ovvero nuclei galattici attivi radio-intensi con getti relativistici strettamente allineati con la linea di vista dalla Terra, costituiscono di gran lunga la classe più numerosa di sorgenti rilevate in raggi gamma di altissima energia. Studi multi-lunghezza d’onda e multimessaggero combinati di queste sorgenti sono essenziali per far avanzare la nostra comprensione dell’accelerazione di particelle negli ambienti astrofisici più estremi. Questa tesi comprende tre progetti principali incentrati sullo studio multi-lunghezza d’onda e multimessaggero dell’emissione non termica di un campione di blazar osservati in raggi gamma di altissima energia, uno dei quali rappresenta il blazar più significativo nei dati di neutrini dell’intero cielo osservati con l’Osservatorio di Neutrini IceCube. Ciascuno di questi lavori include sia l’analisi di dati provenienti da diverse strutture osservative multi-lunghezza d’onda, sia lo sviluppo di un modello interpretativo per l’emissione osservata.